Материал: Sb99052

Далее необходимо выбрать в настройках цепи мощность. Для определения электрического КПД можно задать любую небольшую мощность, отличную от нуля.

В поле «Частота» вначале задать заведомо большую частоту тока 440…1000 кГц, а потом ее с каждым расчетом снижать.

Спомощью пункта меню «Команды → Расчет» выполняется расчет про-

цесса.

Спомощью пункта меню «Команды → Постпроцессор → Отчет» от-

крыть результаты расчета для проверки значения электрического КПД.

2.3.3. Выбор оптимальной толщины футеровки

Для оптимизации толщины футеровки потребуется несколько итераций расчетов.

С помощью пункта меню «Команды → Препроцессор → Температура»

следует задать начальную температуру заготовки 1000 ºС.

Впунктеменю«Команды→Препроцессор→Стадиирасчета» оставить данные, соответствующие найденной оптимальной частоте.

Далее изменить толщину футеровки («Команды → Препроцессор → Футеровка») и в соответствии с формулой Dинд D2 2hфут 2hзазор также из-

менить диаметр индуктора («Команды → Препроцессор → Индукторы»).

С помощью пункта меню «Команды → Постпроцессор → Отчет» от-

крыть результаты расчета для проверки значения полного КПД.

2.3.4. Нагрев в режиме постоянной мощности

Выбор мощности определяется, исходя из ограничения на максимальный теплоперепад по радиусу детали в среднем сечении. Если мощность возрастает, то увеличивается теплоперепад и производительность, а если мощность снижается, то теплоперепад и производительность уменьшаются.

С помощью пункта меню «Команды → Препроцессор → Температура»

следует задать начальную температуру заготовки 20 ºС.

Затем с помощью пункта меню «Команды → Препроцессор → Стадии расчета» задать шаг по времени. Чем больше шаг, тем быстрее и с меньшей точностьюбудетпроисходитьрасчет. Рекомендуемыйшаг: 5 с– дляпромежуточных расчетов и 1 с – для окончательного расчета.

Далее необходимо выбрать параметр «Максимальная температура» и в поле «Температура» ввести требуемую температуру нагрева.

11

Мощность, подаваемуюнаиндуктор, нужноподобратьвтечениерядарасчетов, исходяиззаданноготеплоперепадапорадиусудеталивсреднемсечении.

С помощью пункта меню «Команды → Расчет» выполняется расчет процесса.

Результаты оцениваются с помощью пункта меню«Команды → Постпроцессор → Графики», а производительность отображается в расчетном окне.

2.3.5. Уменьшение теплоперепада в продольном сечении

Одна из причин неравномерного нагрева по длине – это тепловые потери с торцов детали. Обеспечить требуемый теплоперепад по длине детали можно за счет регулирования степени краевого эффекта. Стоит отметить, что на степень краевого эффекта влияют частота тока и глубина заглубления детали в индуктор.

Увеличение частоты приводит к более яркому проявлению краевого эффекта (перегрев торцов детали), но в то же время изменение частоты вызовет изменениеидругихпараметровсистемы. Например, увеличитсятеплоперепад по радиусу, что снова потребует подбора мощности. В связи с этим целесообразно попытаться компенсировать охлаждение торцов с помощью увеличения заглубления детали в индуктор. В случае, если этого окажется недостаточно, в пункте меню «Команды → Препроцессор → Потери» надо включить с правойилевойсторонфутеровку, задатьеетолщину15 ммиматериал«chamotte», имитируя таким образом наличие пассивных заглушек.

2.3.6. Согласование с источником питания

Чтобы определить число витков индуктора, необходимо провести серию расчетов. Сначала можно условно принять число витков w Lинд / 20 (округ-

лить до ближайшего целого), а коэффициент заполнения g 0,8. Окончатель-

ный выбор делается с учетом конструктивных особенностей, а также следующих ограничений: плотность тока в индукторе не должна превышать 150 А/мм2 для активного сечения, напряжение на индукторе не может превышать номинальное напряжение источника питания.

2.3.7.Расчет в режиме задания напряжения

Впункте меню «Команды → Препроцессор → Стадии расчета» вместо режима мощности задать режим напряжения и ввести номинальное напряжение источника питания. Изменяя число витков и производя новые расчеты,

12

следует добиться минимальной неравномерности температурного поля, котораянаиболеесоответствовалабы результатам, полученнымврежимепостоянной мощности.

2.4.Содержание отчета

1.Название, цель работы.

2.Основные конструктивные характеристики индукционной системы (геометрические размеры загрузки, индуктора и футеровки, число витков

ит. п.).

3.Рисунки и таблицы распределения температурного поля по длине и объему заготовки с выводимыми на экран расчета параметрами (ток, напряжение, мощность, КПД, производительность, температуры) для режимов посто-

янной мощности и напряжения: «Команды → Постпроцессор → Отчет → Результаты», «Команды → Постпроцессор → Отчет → Начальные данные», «Команды → Постпроцессор → Графики → Вкладки 3 и 6 (при конеч-

ном времени нагрева)».

4.Описать, каким способом достигнута заданная точность, с помощью каких параметров производилась оптимизация, достигается ли требуемая производительность, сравнить выбранную частоту с рекомендованной.

5.Выводы по работе.

Практическое занятие № 3 ИССЛЕДОВАНИЕ НЕПРЕРЫВНОГО НАГРЕВА СТАЛЬНОЙ

ЦИЛИНДРИЧЕСКОЙ ЗАГОТОВКИ С ДИСКРЕТНЫМ ПЕРЕТАЛКИВАНИЕМ

Цели работы: изучение изменения электрических параметров индуктора в процессе нагрева заготовки с дискретным переталкиванием; сравнение статического и дискретного режимов нагрева.

3.1.Основные сведения

Внагревателе методического действия размещаются друг за другом несколько относительно коротких заготовок. По мере нагрева они выталкиваются одна за другой и заменяются «холодными». В процессе нагрева каждая заготовка перемещается через определенные заданные промежутки времени на длину одной заготовки и таким образом проходит через весь индуктор.

13

Недостатками такой конструкции являются: невозможность нагрева одиночных заготовок, сравнительно быстрое истирание направляющих, увеличение длины установки. Однако нагреватели методического действия по сравнению с нагревателями периодического действия могут позволить увеличить производительность и/или уменьшить конечный теплоперепад по сечению нагреваемых деталей.

3.2. Исходные данные

Исходные данные следует взять из практического занятия № 2.

Таблица 3.1

Максимальное количество заготовок в установке с дискретным переталкиванием

3.3. Моделирование в пакете UNIVERSAL 2D

3.3.1.Нагрев в режиме постоянной мощности

Спомощью пункта меню «Файл → Новый → Дискретный режим» вы-

бирается режим работы нагревателя. Затем с помощью пункта меню «Команды → Препроцессор → Загрузка» задаются параметры нагреваемой заготовки.

Геометрия заготовок задается так же, как и в статическом режиме, однако появляется несколько дополнительных параметров:

«Заготовок в индукторе» – определяет максимальное количество заготовок, которое можно одновременно расположить в индукционном нагревателе. Задается согласно табл. 3.1.

«Начальная загрузка» – начальное (на момент старта) количество заготовок в индукторе (следует установить равное 1).

С помощью пункта меню «Команды → Препроцессор → Индукторы»

необходимо задать индуктор, в котором будет осуществляться нагрев детали. Длина индуктора в дискретном режиме определяется по следующей формуле:

Lинд LдN 2σ,

где Lинд – длина индуктора; N – максимальное количество заготовок в индукторе; Lд – длина детали; σ – величина заглубления, равная 0,5D2 .

14

Футеровка задается с помощью пункта меню «Команды → Препроцессор → Футеровка» так же, как в практическом занятии № 2 по всей длине индук-

тора Lфут Lинд.

Спомощью пункта меню «Команды → Препроцессор → Температура»

следует задать начальную температуру заготовки 20 ºС.

В пункте «Стадии расчета» задать «Время сдвижки», которое приблизительно можно определить как время нагрева детали в практическом занятии

№2 поделенное на максимальное количество заготовок N. «Делитель шага» – это целое число, которое управляет точностью расчета. Для того чтобы расчет производился с шагом 1 с задайте «Делитель шага» наиближайшим целым числом к «Времени сдвижки». Число сдвижек должно быть больше числа заготовок в индукторе, это позволит системе выйти на стационарный режим нагрева.

Далее необходимо выбрать в настройках цепи мощность в N раз больше, чем в статическом режиме практического занятия № 2.

Спомощью пункта меню «Команды → Расчет» выполняется расчет про-

цесса.

Результаты оцениваются с помощью пункта меню «Команды → Постпроцессор → Графики», а производительность отображается в расчетном окне.

Перед расчетом в режиме напряжения надо выбрать количество витков в соответствии с указаниями 2.3.6 практического занятия № 2.

3.3.2.Расчет в режиме задания напряжения

Впункте меню «Команды → Препроцессор → Стадии расчета» вместо режима мощности необходимо задать режим напряжение и ввести номинальноенапряжениеисточникапитания. Следуетскорректироватьколичествовитков так же, как в практическом занятии № 2.

3.4.Содержание отчета

1.Название, цель работы.

2.Основные конструктивные характеристики индукционной системы (геометрические размеры загрузки, индуктора и футеровки, число витков

ит. п.).

15